反应过程与设备 教学课件 作者 雷振友 主编石化123均相反应动力学.ppt

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1、模块一均相反应器项目一均相反应器项目一间歇釜式反应器的设计和操作项目一均相反应器学习内容项目二管式反应器的设计和操作项目三均相反应器选型优化项目一间歇釜式反应器的设计和操作模块一釜式反应器均相反应：参与反应的各化学组分处于同一相（气相或液相）内进行化学反应。包括气相均相反应液相均相反应特点：反应物系中不存在相界面一、均相反应动力学基础项目一均相反应器预备知识均相反应动力学研究均相反应进行的速率以及温度、浓度、催化剂等因素对反应速率的影响。均相反应动力学是研究均相反应过程的基础，也为工业反应装置的选型、设计计算和反应

2、器的操作分析提供理论依据和基础数据。项目一均相反应器1.化学计量方程（1）化学反应式反应物经过化学反应生成产物的过程用定量关系式予以描述时，该定量关系式称为化学反应式。aA+bB+…→rR+sS+…式中：a、b、r、s…——计量系数。注意：化学反应式不是方程式，不允许按方程式的运算规则加以运算。（一）基本概念项目一均相反应器（2）化学计量方程化学计量方程只表示反应物、生成物在化学反应过程中量的变化关系。aA+bB+…＝rR+sS+…(－a)A+(－b)B+…+rR+sS+…＝0aAA+aBB+…+aRR+aSS+…

3、＝∑aII＝0式中：aA、aB、aR、aS…——化学计量系数。注意：化学计量方程允许按方程式的运算规则加以运算。项目一均相反应器2.反应程度ξ引入“反应程度”来描述反应进行的深度。对于任一化学反应反应时，各组分的起始时物质的量分别为nA0、nB0、nR0、nS0。反应进行到一定程度，反应终态物质的量分别为nA、nB、nR、nS。从化学计量方程可知：任何一个反应在反应进行过程中，反应物的消耗量与产物的生产量之间存在一定的比例，等于各自化学计量系数之比。项目一均相反应器aAA+aBB+aRR+aSS＝0任何组分的反应量

4、（或生成量）与其化学计量系数的比值均相同且为一定值。我们把该值叫做反应程度。定义反应程度式中，nI为体系中参与反应的任意组分I的摩尔数，αI为其计量系数，nI0为起始时刻组分I的摩尔数。反应进行到一定时刻，各组分的物质的量与反应程度的关系为：项目一均相反应器3.转化率转化率是指某一反应物转化的百分率反应进行到一定时刻，各组分的物质的量与转化率的关系为：应用：nA=nA0(1-xA)CA=CA0(1-xA)关键组分：主要反应物（A），它的转化率直接影响反应过程的经济效益。项目一均相反应器转化率与反应程度的关系：（1）

5、单程转化率：指原料一次通过反应器一次达到的转化率，即是以反应器入口物料为基准的转化率；（2）全程转化率：指新鲜物料进入反应系统到离开反应系统所达到的转化率，即以新鲜进料为基准的转化率。全程转化率大于单程转化率。项目一均相反应器【例1.1-1】合成氨的方程式如下：假设反应开始时，N2、H2和NH3的摩尔数分别为：2mol、3mol、1mol，求反应进行到一定程度时，各组分的物质的量。解：反应进行程度用ξ来表示：项目一均相反应器反应进行程度用N2的转化率来表示：4.收率和产率收率：指通入反应器的原料量中有多少生成了目的

6、产品。产率：指参加反应的原料量中有多少生成了目的产品，也叫选择性。项目一均相反应器三率的关系为：5.化学反应速率定义：在反应系统中，以某一物质在单位时间、单位反应区域内的反应量。项目一均相反应器反应速率中某一物质的反应量一般用物质的量（mol）来表示，也可用物质的质量或分压等表示。反应速率是针对反应体系中某一物质而言的，这种物质可以是反应物，也可以是生成物。如果是反应物，由于其量总是随反应进行而减少，为保持反应速率值总为正，在反应速率前赋予负号，即项目一均相反应器对于恒容过程如果是产物，其量则随反应进行而增加，反应

7、速率取正号，如rR表示产物R的生成速率。因此，在一般情况下，对于同一个反应若按不同物质计算的反应速率在数值上常常是不相等的。对于多组分单一反应系统，各个组分的反应速率受化学计量关系的约束，存在一定比例关系。对于反应aAA+aBB＝aRR+aSS则各组分的反应速率有如下关系：项目一均相反应器（二）均相反应动力学项目一均相反应器1.化学反应动力学方程定义：描述反应速率与影响反应速率的因素之间的关系式。影响因素：反应物温度、组成、压力、溶剂性质、催化剂性质等。对于绝大多数的反应，影响的最主要因素是反应物的浓度和反应温度，

8、因而化学反应动力学方程一般都可以写成：±ri=f（c，T）项目一均相反应器对一个由几个组分组成的反应系统，其反应速率与各个组分的浓度都有关系。当然，各个组分的浓度并不都是相互独立的，它们受化学计量方程和物料衡算关系的约束。恒温条件下，化学反应动力学方程可写成：±ri=kf（cA，cB，…）项目一均相反应器各组分浓度对反应速率的影响由实验确定通常采用两种形式：